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摘 要： 摘 要: 隨著物聯網和智能控制技術的高速發展，照明行業正由原來的機械化控制向智能化、系統化方向轉移，智能化產品開始不斷涌入市
摘 要: 隨著物聯網和智能控制技術的高速發展，照明行業正由原來的機械化控制向智能化、系統化方向轉移，智能化產品開始不斷涌入市場。標準是一種引導和規范行業發展的文件，也是作為行業發展的技術支撐，對國家政策、行業的發展以及消費者都會產生很大的影響。本文對目前相關的智能照明標準進行解讀，為全面掌握智能照明標準化現狀、完善智能照明標準化體系及智能照明產業發展保駕護航提供參考。
關鍵詞: 智能照明; 標準解讀; 標準分析
引言
自從愛迪生發明了燈泡，人類從此便進入了電氣時代，燈泡的出現也因此成為了進入現代文明的里程碑，燈泡與電的發明給人類帶來了光明。縱觀人類文明的發展史，我們的祖先最早采用鉆木取火來尋求光和熱，不僅改善了人類的烹飪食物的方法，也開啟了人類尋求光明的道路。可以說人類照明技術的發展史與人類的文明史同樣久遠，因此照明與人類的生活息息相關。
有了電和燈泡，人類就要學會去如何控制它們。因此，照明控制技術也是一項重要的內容。照明控制技術從剛開始的機械式開關，經過科技的進步和發展，如今的照明控制技術已經不再是簡單地實現開關的控制，它已經成為融合了多種技術的交叉學科，能夠實現智能照明，而且越來越受到大眾的青睞。隨著物聯網和智能控制技術的發展，照明產品向智能化、系統化方面快速發展，具有不同智能功能的照明產品不斷涌現市場。標準作為產品質量技術基礎環節之一，在產業的發展中起著倡議性引導和推動作用，對于消費者、政府的市場監管、產業的技術創新等方面具有至關重要的作用。本文是對目前智能照明相關標準進行解讀，為全面掌握智能照明標準化現狀、完善智能照明標準化體系及智能照明產業發展保駕護航提供參考[1]。
1 智能照明的定義
在研的國際電工委員會 ( IEC) 項目 IEC 63105 和我國國家標準 GB /T 39022—2020 《照明系統和相關設備 術語和定義》中給出了智能照明的定義: 智能照明也稱為 “自適應照明”，是指根據環境或預定義條件自動調節以提供所需求質量的照明。其中 “需求”是表示多方面的需求。例如用戶的動態需求、能源性能、環境氛圍等方面。可以將智能照明理解為兩個方面，一是可以根據環境方面的需求預先設定好程序; 二是照明系統能夠根據外界的需求變化，能實現對燈具自動調節功能。
2 智能照明的相關標準
本文將智能照明的相關標準劃分為國際智能照明標準、國內智能照明標準、行業團體智能照明標準、特殊領域智能照明標準。
2. 1 國際智能照明標準
2. 1. 1 國際發布的智能照明標準
IEC/TC34 主要負責照明電器領域產品相關的國際標準化工作。隨著照明電器進入智能化，人們對智能照明電器的需求不斷增長，為了保護消費者的權益和規范國際智能照明電器，IEC/TC34 在數年前就已經開始啟動對智能照明相關標準制定的工作。經過不懈的努力，最終制定出智能照明相關標準，如表 1 所示。
從表 1 中能看出，IEC/TC34 對智能照明進行標準規定主要是數字可尋址照明接口的標準，而其他方面的標準還 相 對 來 說 較 少 甚 至 有 所 欠 缺。ISO/TS 21274—2020 《光與照明-照明系統調試》，已于 2020 年正式發布。而其他國際組織，例如 CIE 還尚未發布與智能照明相關的標準。我國國內的智能照明標準是根據 IEC/TC34 制定的標準來制定的。
2. 1. 2 國際在研智能照明標準
目前 IEC 針對智能照明標準化成立了幾個專門的小組[1]，除了對部分數字可尋址照明接口系列標準修訂以外，在研的智能照明項目主要有 4 個，如表 2 所示，其中 1、2、4 標準是與我國國家標準協同推進的，而第 3 標準主要規定了照明系統在電氣安全、功能安全、網絡分類等方面的整體要求。
《照明系統及相關設備 術語和定義》規定了智能照明、照明系統的相關術語及相關定義，為智能照明標準的制定和相關產業之間的相互溝通提供了一個通用的模板。 《照明系統 一般要求》對安裝、維護、功能和性能、安全等進行了規定，為智能照明系統提供參考。 《照明產品 非主功能模式功率的測量》主要規定了智能照明產品在智能化、多功能化的背景下，對其功率進行測試的相關要求。為智能照明產品的測試提供了方案，也為產品的能耗評估提供了幫助。
2. 1. 3 智能照明控制系統
智能照明控制系統是利用計算機技術、網絡通信技術、自動控制技術、傳感技術等現代科學技術，通過對環境信息和用戶需求進行分析和處理，實現對照明設備的整體控制和管理，以達到預期照明效果的控制系統，通常由控制管理設備、輸入控制設備和輸出控制設備等組成。要想實現智能控制，照明系統應該要有適配的接口及協議[2，3]。其協議及特點如表 3 所示。
2. 1. 4 各種協議適用標準
1) PLC ( 電力線載波) : GB /Z 20177. 1—2006 《控制網絡 LONWORKS 技術規范 第 1 部分: 協議規范》; GB /Z 20177. 2—2006 《控制網絡 LONWORKS 技 術 規 范 第 2 部 分: 電力線信道規范》; GB / Z20177. 3—2006 《控制網絡 LONWORKS 技術規范第 3 部 分: 自 由 拓 撲 雙 絞 線 信 道 規 范》; GB / Z20177. 4—2006 《控制網絡 LONWORKS 技術規范第 4 部分: 基于隧道技術在 IP 信道上傳輸控制網絡協議的規范》[4]。
2) DALI ( 數字可尋址照明接口) : 目前 IEC 發布的 DALI 的標準有 27 個，我國也正根據 IEC 發布的 IEC 62386 系列標準來制定我國的 GB /T 30104 系列相 關 標 準。DALI-1: GB /T 30104 系 列 ( 共 13 個) ，等同采用 IEC 623861. 0 版本，IEC62386-101: 2009《數字可尋址照明接口 第 101 部分: 一般要求系統》，IEC 62386-102: 2009《數字可尋址照明接口第 102 部分: 一般要求-控制裝置》，IEC 62386-207: 2009《數字可尋址照明接口 第 207 部分: 控制裝置的特殊要求 LED 模塊 ( 設備類型 6 ) 》。DALI-1: IEC62386-101: 2018《數字可尋址照明接口 第 101 部分: 一般要求-系統》，IEC 62386-102: 2018《數字可尋址 照 明 接 口 第 102 部 分: 一 般 要 求-控 制 裝置》，IEC 62386-207: 2018 《數字可尋址照明接口第 207 部分: 控制裝置的特殊要求 LED 模塊 ( 設備類型 6) 》[5]。
3) DMX512 ( 美舞臺燈光協會發布的一種燈光控制器 與 燈 具 設 備 進 行 數 據 傳輸的標準) : WH/ T32—2008 《DMX 512-A 燈光控制數據傳輸協議》[4]。
4) KNX: GB /T 20965—2013 《控制網絡 HBES 技術規范 住宅和樓宇控制系統》;
5) BACNet ( 樓宇自動控制網絡數據通信協議) : GB /T 28847. 1—2012《建筑自動化和控制系統第 1 部分: 概述》; GB /T 28847. 2—2012 《建筑自動化和控制系統 第 2 部分: 硬件》; GB /T 28847. 3— 2012 《建筑自動化和控制系統 第 3 部分: 功能》。
6) RS-485: TIA/EIA -485 -A 《485 總線標準》。
7) Ethernet: IEEE 802. 3，IEEE802. 11 以太網系列標準，無線局域網系列標準[4]。
8) ZigBee: IEEE 802. 15. 4 通 信 協 議，GB / T15629. 15—2010 《信息技術 系統間遠程通信和信息交換局域網和城域網 特定要求 第 15 部分: 低速無線個域網 ( WPAN) 媒體訪問控制和物理層規范》 ( 修改采用 IEEE 802. 15. 4: 2006) [4]。
9) WiFi: IEEE 802. 11a /b /g /n 通信協議; 無應用層協議; Allseen 聯盟成立智能照明工作組，正在定義應用層協議[4]。
10) Bluetooth: IEEE 802. 15. 1: 物理層和 MAC 層規范; 無應用層協議[4]。
11) ModBus: GB /T19582 系列標準等同采用 IEC 61158 系列。
12) NB-IoT: YD/T 3725—2020 《面向物聯網的蜂窩窄帶接入 ( NB-IoT) 網絡管理技術要求》; YD/T 3339-2018 《面向物聯網的蜂窩窄帶接入 ( NB-IoT) 安全技術要求和測試方法 》; YD/T 3335—2018 《面向物聯網的蜂窩窄帶接入 ( NBIoT) 基站設備技術要求》; YD/T 3336—2018 《面向物聯網的蜂窩窄帶接入 ( NB-IoT) 基站設備測試方法》; YD/T 3333—2018 《面向物聯網的蜂窩窄帶接入 ( NB-IoT ) 核心網設備技 術要求》; YD/T 3337—2018 《面向物聯網的蜂窩窄帶接入 ( NBIoT) 終端設備技術要求》; YD/T 3334—2018 《面向物聯網的蜂窩窄帶接入 ( NB-IoT) 核心網設備測試方法》; YD/T 3338—2018 《面向物聯網的蜂窩窄帶接 入 ( NB-IoT ) 終 端 設 備 測 試 方 法》; YD/T 3331—2018 《面向物聯網的蜂窩窄帶接入 ( NBIoT) 無線網總體技術 要 求》; YD/T 3332—2018 《面向物聯網的蜂窩窄帶接入 ( NB-IoT) 核心網總體技 術 要 求》; T /CSA 052—2018 /CIES 015—2017 《基于窄帶物聯網 ( NB-IoT) 的道路照明智能控制系統技術規范》。
5 個自定義通信協議: TALQ 技術規范 1. 0. 2 版《中央控制管理系統軟件接口協議》; 中國電力企業聯合會 ( CEC) 發布的國家標準 《路燈控制管理系統通信協議》( 征求意見稿) ; CJJ/T 227—2014 《城市照明自動控制系統技術規范 附錄 A 城市照明自動控制系統通信協議要求》; CSA 018—2013 《LED 公共照明智能系統接口應用層通信協議》; 深圳市 LED 產業標準聯盟發布的 SQL /LSA 004. 3—2011 《LED 路燈智能照明技術規范 第 3 部分: 應用層通信協議》[4]。
2. 2 國內智能照明標準
2. 2. 1 國內發布智能照明標準
為了滿足國內智能照明市場的需求，使國內消費者的權益得到保證，規范國內智能照明產品的生產。我國采納了 IEC 發布的相關標準，制定了符合我國國內智能照明市場情況的標準。目前已經發布實施與智能照明直接相關的國家標準有 13 項，均為照明通信專用協議―數字可尋址照明接口的系列標準。智能照明國家標準如表 4 所示。
其中路燈控制管理方面包含了 6 項，分別如表 5 所示。
表 4 中標準主要是關于數字可尋址照明接口的相關標準。在 GB/T 30104. 101—2013 《數字可尋址照明接口 第 101 部分: 一般要求 系統》中規定了一些基術語和定義，也規定了接口電源和傳輸協議框架結構[6]。在 GB/T 30104. 102—2013 《數字可尋址照明接口 第 102 部分: 一般要求 控制裝置》中規定一些測試流程，例如漸變時間測試流程、漸變速率測試流程、對數調光曲線測試流程、步進調亮調暗測試流程等都有詳細的流程圖，直觀易懂。對數調光曲線流程圖如圖 1 所示，測試值應在表 6 的公差范圍內。在這些標準中，主要講述的都是一些測試流程及相關的測試流程參數。在 GB/T 30104. 103—2017 《數字可尋址照明接口第 103 部分: 一般要求 控制設備》中規定了一些編碼和命令的定義，為智能照明控制設備提供了編程的參考價值。這些與數字可尋址照明接口相關的標準一定程度上滿足了行業的需求，但應該更加完善，智能照明系統應與各部件之間需要建立統一的接口、連接協議，以便于各部件之間對接，推動照明產品更好地向可持續方面發展。
由中國 電 力 企 業 聯 合 會 提 出 并 歸 口 的 GB /T 25125—2010 《智能照明節電裝置》 中，規定節電裝置的通訊系統采用現場總線方式或其他數字通訊方式。其節電率不得小于 R = [1 - ( U2 /U1 ) 2 ] × 100% - 2% 計算的結果，其中 R 為節電率限定值; U1 為輸入電壓; U2 為輸出電壓，這給智能照明產品在節約電能方面提供一個參考。由全國汽車標準化技術委員會歸口的 GB /T 30036 —2013 《汽車用自適應前照明系統》標準中，規定了配光性能和相應的配光要求。近光配光的系統要求是汽車每側發射的任何特定近光模式，在 50 V 點應至少達到 3 lx的光度值，v 級近光沒有此要求。在采用電氣放電光源場合，未經過 30 min 或更長時間電燈的系統，接通 4s 后，c 級近光模式在 50 V 點應至少達到 5 lx 的光度值。對于遠光配光系統要求，在左右側的照明單元中，每側至少提供不少于遠光最小光度值的 50% 。在采用電氣放電光源場合，未經過 30 min 或更長時間電燈的系統，在點亮 4 s 后，其遠光的 HV 點的光度值應不小于 42 lx。這個標準有助于汽車行業在自適應照明系統的發展，為汽車的自適應照明指明了方向。此標準是參照聯合國歐洲經濟委員 ECER123-00 系 《關于批準裝有汽車自適應前照明系統的統一規定》所制定。
2. 2. 2 國內在研智能照明標準
我國目前的智能照明相關標準有 11 個，其標準見表 7。
其中前 3 個標準是由我國作為關鍵人員參與標準工作組，采用國際國內標準協調推進性的方式，保障標準的適用性、先進性和國際協調一致性[1]。從第 4 到第 11 個是我國根據 IEC 會發布的智能照明相關標準來制定的，目前我國相關的標準制定組織正在加緊對這些標準進行研究制定，將會對我國未來智能照明行業產生積極的影響，引導我國智能照明行業朝著標準化、國際化方向發展。
2. 3 行業團體智能照明標準
在智能照明方面，國內聯盟、協會等發布了一些關于智能照明的團體標準。比如中國照明電器協會、中國工程建設標準化協會、中關村半導體照明工程研發產業聯盟、浙江省照明電器協會、中山市半導體照明行業協會等，都發布了相應的標準，其標準如表 8 所示。
團體標準的發布在一定程度上填補了國家標準和行業標準制定周期較長、相關亟需標準空白的問題，對產業的快速發展有一定的輔助作用，但是團體標準快速制定的情況下也存在技術不成熟、標準拉動過早、各團體之間惡性競爭、團體標準質量較低和標準實際應用價值不大等方面的問題[1]。
2. 4 特殊領域智能照明標準
在智能照明方面，一些特殊領域的智能照明的具體要求不同。例如在辦公室工廠、道路、隧道以及植物工廠等特殊領域中，其智能照明標準也各有所異。目前，國內在特殊領域的智能照明標準有許多，其標準如表 9 所示。
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在道路智能照明方面，有標準 DB 41 /T 1450— 2017《道路智能照明系統技術要求》，其中規定道路智能照明系統性能應滿足時間精度應不超過 1 s/d，操作響應時間不大于 5 s，服務器運行無故障工作時間不少于 50 000 h，數據存儲量不少于 2 年，路燈與智能控制器之間的調光控制接口為 PWM、0 ～ 10 V、RS485。標 準 SQL /LSA 004. 1—2011 《LED 路燈智能照明技術規 范 第 1 部 分: 控 制 系 統 ( NEW) 》中規定，無線公網信道采用國家無線電管理機構對用于某種業務的相應設備所規定的工作頻率范圍[7]。工作頻率與射頻性能要求如表 10 所示。在第 2 部分電力載波控制模塊中規定了 LED 路燈遠程智能控制系統的結構與構成，采用電力線載波通信時，其載波信號頻率范圍應為 3 ～ 500 kHz; 力線載波通信的最大輸出信號電平不大于 126 dBμV。載波信號的帶寬不大于 50 kHz，電力線載波通信的傳輸信號的頻帶外的最大干擾電平不大于 60 dBμV。在第 3 部分中規定了各種控制碼和命令碼等。在標準 DB4403T 30—2019 《多功能智能桿系統設計與工程建設規范》中，規定了多功能智能桿系統由桿子系統、供電和防雷子系統、通信子系統、多功能智能桿管理平臺等組成。多功能智能桿以桿為載體，通過掛載各類設備提供智能照明、移動通信、城市監測、交通管理、信息交互和城市公共服務等多種功能，并可通過管理平臺進行遠程監測、控制、管理、校時、發布信息等。多功能智能桿管理平臺應滿足云化部署、本地部署，采用分布式架構設計，宜采用模塊化設計，新增功能支持在線升級、回退、擴容[8]; 操作系統宜采用 linux 等，為道路智能照明提供了標準和規范。
在 夜 景 照 明 方 面，標 準 GB /T 39237—2020 《LED 夜景照明應用技術要求》中規定了夜景照明用 LED 燈具調光要求，功能照明用 LED 燈具調光的動態范圍下限值不應低于額定光通的 10% ，景觀照明用 LED 燈具調光的動態范圍應為 0% ～ 100% 。 LED 燈具在設定調光范圍內的調光性能應滿足進行調光時，燈具的實測光通與設定值偏差不應超過 5% ; 采用調電流占空比控制方式進行調光的驅動電源，電流脈沖的頻率不應小于 200 Hz。
3 總結與展望
結合目前智能照明標準的現狀，筆者對未來智能照明的標準方向進行展望。目前，智能照明的相關標準還有待進一步的研究與完善。例如在特殊應用領域的相關標準還有待繼續完善，在隧道、工廠、辦公室、樓宇、植物工廠等領域的相關標準較少，需亟待完善。多功能智慧燈桿是一個新興的事物，目前在多功能智慧燈桿方面的標準也非常欠缺，應加緊該方面標準的制定，為智慧城市貢獻一份力量。隨著智能船舶概念的興起，在 2018 年工業和信息化部、交通運輸部、國防科工委聯合印發了 《智能船舶發展行動計劃 ( 2019—2021 年) 》的通知[9]，因此 LED 在船舶智能照明系統中的應用前景十分廣闊。但目前 LED 應用于船舶智能照明的標準也幾乎沒有，相關標準制定組織應該在這些特殊領域加大力度，制定出相關標準，為各個行業的發展提供保障。
在智能照明方面，燈具是實現系統發出的重要部件，智能照明燈具應該多考慮人體舒適性相關的色溫控制與色溫的協調，以及亮度的控制等。目前的 5G 網絡和人工智能也正在迅速發展，智能照明標準也應當多向他們靠攏，這樣既符合時代發展的潮流，又能引導智能照明產品向更智能、更智慧方向發展[10，11]。對于智能照明產品，未來的市場肯定是非常的繁多復雜，相關標準制定者應該對相應產品的智能特性進行分類，這樣能更方便消費者選擇。智能照明作為智能家居、智慧城市的重要組成部分，其標準的制定應該更加完善合理，推動智能照明向更好的方向發展。——論文作者：王恒鵬1 ，項焱蓉1 ，李月鋒1 ，鄒 軍1 ，石明明1 ，楊波波1 ，郭春鳳1 ，李 楊2 ，高 偉3 ，蘇曉鋒4 ，張明鵬4 ，許永可4 ，陳 啟5 ，丁小濤6 ，李海泉7 ，劉云平8
參 考 文 獻
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